两千年来黑河流域水资源平衡估算与下游水环境演变驱动分析

利用地方史志、历史地理、树木年轮和近代器测记录相关的黑河流域历史时期人口变动、水土资源开发利用、下游湖泊变化、流域水资源和气候变化等资料, 通过对比上游出山水资源量、中游人类活动水资源利用量和下游湖泊面积变化, 在千年-百年时间尺度上对流域水资源平衡进行了估算, 并分析了历史时期各阶段下游湖泊水环境和天然绿洲演变过程和驱动机制. 研究结果表明: 在黑河流域, 气候变化条件下的上游山区水资源总量和中游走廊平原区绿洲人类活动用水后下泄的水资源量, 决定了下游水环境演变过程;在两千年来显现出不同历史阶段的流域水资源平衡模式和下游水环境演变特征, 以及气候变化和人类活动在不同历史时期的耦合驱动机制.     

甘肃西北部黑河流域水资源对下游生态环境变化的影响阈

从流域尺度水资源承载能力及其有限性、可变性和上下游关联性的角度,探讨了黑河流域下游区生态环境变化的影响阈,阐明了不同水文年中游区的安全引水量和不同目标下下游区的生态环境修复对水资源的需求阈.基于多年平均地表径流量37.8×108m3/a的安全引水量为13.97×108m3/a和枯水年份(95%保证率)的安全引水量为10.14×108m3/a,下游区初步改善生态环境的生态需水量为8.01×108m3/a.提出了中游区经济社会可持续发展的水资源保障阈,即未来20年生产生活安全需水量介于22×108～23×108m3/a之间.在此基础上,阐明了在中游区经济社会稳定持续发展目标约束下确保黑河流域下游区生态环境不断改善的流域水资源优化配置模式及对策.     

甘肃西北部黑河流域水资源对下游生态环境变化的影响阈

从流域尺度水资源承载能力及其有限性、可变性和上下游关联性的角度,探讨了黑河流域下游区生态环境变化的影响阈,阐明了不同水文年中游区的安全引水量和不同目标下下游区的生态环境修复对水资源的需求阈。基于多年平均地表径流量37.8×108m3/a的安全引水量为13.97×108m3/a和枯水年份(95%保证率)的安全引水量为10.14×108m3/a,下游区初步改善生态环境的生态需水量为8.01×108m3/a。提出了中游区经济社会可持续发展的水资源保障阈,即未来20年生产生活安全需水量介于22×108～23×108m3/a之间。在此基础上,阐明了在中游区经济社会稳定持续发展目标约束下确保黑河流域下游区生态环境不断改善的流域水资源优化配置模式及对策。     

黑河流域水环境演变及其驱动机制研究进展

基于近几十年来诸多学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域水环境演变诸方面研究成果,综述了上游山区成水环境、中游绿洲用水环境和下游荒漠天然绿洲水成环境在不同时间尺度上的演变过程及其驱动机制。通过对各种古环境代用指标的对比研究表明：在大尺度上,流域上下游表现出阶段性的一致性水环境演变趋势;在小尺度上,则表现水环境演变的时空异质性。驱动机制方面,在空间上,流域上、中、下游水环境演变的气候变化和人类活动影响驱动作用各有侧重;在时间上,表现为不同尺度上气候变化与流域人类活动耦合作用的驱动机制。     

黑河下游水土理化性质变化及生态环境意义

对黑河下游不同类型沙漠化土地土壤的盐分进行了调查和分析. 结果表明: 潜在沙漠化土地土壤水化学类型为Cl--SO2--4-Na -Mg2 离子型土,正在发展的沙漠化土地为SO2--4-Cl--Mg2 -Na 离子型土, 强烈发展的沙漠化土地为HCO--3-Cl--Ca2 -Na 离子型土, 严重沙漠化土地为Cl--SO2--4-Mg2 -Na 离子型土. 不同土壤中全N、全P、全K、 PH值和有机质含量差异较小, 而速效N、速效P和速效K养分含量差异较大;主成分分析显示, 全N、全P、 有机质和速效N含量总贡献累计达76.24%. 黑河下游地区随着上中游水量的减少, 在强蒸发作用下, 地表水与浅层地下水的矿化度显著升高. 水文过程的改变, 使维系绿洲的水资源由平衡到失衡, 在水环境的恶化过程中, 周期性积盐作用, 使绿洲内的非盐渍化土壤向轻盐土发展、 轻盐土向重盐土方向发展, 盐碱化土地不断扩展导致土地沙漠化程度增加. 上述各过程共同构成绿洲沙漠化复杂的地表动力学过程.     

黑河干流拟建水利工程对下游生态环境的影响分析

依据典型年份实际调查资料和以往研究成果, 采用地下水均衡方法, 定量对比分析了黑河拟建水利工程对下游地区地下水资源变化趋势, 并利用Visual Modflow三维地下水非稳定流软件系统模型对下游盆地未来20 a(2008—2028年)地下水位及其生态环境变化趋势进行了预测.结果表明: 在拟建工程实施20 a后黑河下游地下水位总体上处于下降趋势, 但下降幅度呈逐年减少状态直至趋于新的动态平衡.金塔-鼎新盆地地下水位下降幅度最大的地段是黑河沿岸为0.51~0.87 m, 但由于人工农业绿洲补充, 故生态环境不会有大的改变.额济纳盆地地下水位下降幅度最大的地段是古日乃及外围, 分别为1.0 m以上和0.5~1.0 m, 将引起植被的衰亡和种群的更替变化; 大部分地段地下水位下降幅度介于0.0~0.50 m之间, 对现有的生态与环境影响不显著; 桃来三达-额济纳旗以北地下水位呈现上升趋势, 上升幅度为0.10~0.87 m, 东居延海一带上升幅度大于0.87 m, 这一地区植被长势趋于良好, 植被覆盖率会有所增加, 将形成围绕海子的天然绿洲.     

黑河下游生态调水对水资源时空变化的影响分析

分析了黑河流域地表水、地下水资源在调水前后的时空分布变化,评价了黑河生态调水引起水资源的时空变化规律。黑河在调水前进入下游的水量明显受中游用水影响,20世纪90年代后,进入黑河下游地区的水量逐年减少,导致地下水位下降,出现草场大面积沙化和沙漠化、林地面积减少等生态环境问题。自2000年开始至2003年,按照分步实施、逐步到位的原则,国家对黑河水资源实行统一管理和调度,实现国务院批准的分水方案,自2004年开始转入正常调度,下游来水量比调水前有明显增加,2000～2004年、2005～2008年正义峡断面增加下泄量分别为1.62×108m3、2.35×108m3,哨马营断面来水增加1.34×108m3、1.18×108m3,狼心山断面来水增加1.64×108m3、1.41×108m3。调水后黑河下游区域地下水位逐年回升,整个额济纳绿洲地下水位回升了0.56m,东西河上游、赛汉桃来、吉日格朗图区域地下水位分别回升了0.26m、0.05m、0.78m。使东居延海得到恢复,最大水面面积达35.7km2,西居延海得到一定的水量补给,环湖地区生态环境逐步得到恢复。     

黑河下游胡杨季节尺度径向生长变化研究

利用半径型树木生长测量仪, 于2009-2010年生长季对西北内陆河-黑河流域下游荒漠河岸林优势树种-胡杨径向生长进行了监测, 结合环境气象、 水文因子同步监测资料, 对胡杨季节变化节律和环境影响因素进行了研究.结果表明: 按照胡杨径向生长日变化特征, 将其分为增长型(ΔR+)、 负增长型(ΔR-)和持续增长型(ΔR++)3种类型.在生长季, 胡杨径向生长季节变化呈"S"型, 可分为前期缓慢增长(P1)、 迅速增长(P2)和后期微弱增长(P3) 3个阶段; ΔR+/++类型在这3个阶段中所占比例分别为63.64%, 85.51%和48.61%; 5月末至8月初是胡杨年轮形成的主要阶段, 在该阶段气温和地下水位埋深均表现出显著的相关关系, 但地下水位埋深应是最根本的因素. 因此, 在树木年轮学应用方面, 胡杨可以用来反演区域水环境变化, 包括河道径流和地下水位变化等. 在荒漠河岸林管理方面, 满足春夏季地下水位条件和适度频率的春汛, 是保证该地区胡杨河岸林正常生长和保持合理种群结构的前提.     

黑河流域土地利用变化的影响因素--以张掖地区为例

在内陆干旱地区, 土地利用结构的合理与否对区域生态环境和经济建设具有直接制约作用. 对张掖地区主要土地利用类型耕地、林地、草地、荒漠化土地变化影响因素关系进行了分析研究. 结果显示: 自然因素是制约土地利用水平和结构的最基本的因素, 人为因素对现代土地利用变化的驱动作用则更为显著. 耕地面积的增加主要与水资源开发利用率的提高有直接的关系, 人口增长对耕地面积增加有间接促进作用. 从建国初期到现今本区人口增加了2.29倍, 而耕地面积也从9.7×104 hm2增加到了18.6×104 hm2. 耕地面积减少则主要与人为不合理利用引起的土地荒漠化有关. 在林地的变化中, 自然条件限制着森林的发展, 人为因素对林地变化的驱动作用大于自然因素的影响; 草地面积减少主要是人为超载放牧和破坏以及人类过度开垦农田的结果, 20世纪90年代后期比80年代初期草地面积减少了62.4%. 同时, 荒漠化土地面积也在不断的增长. 在土地生态规律的基础上, 进行科学管理, 人为力量将成为优化干旱地区土地利用结构和提高生产力的重要驱动力.     

黑河流域下游额济纳绿洲与水资源的关系

简要介绍了黑河流域下游额济纳绿洲自然概况,分析了黑河下游地表水、地下水近20年的变化趋势,进而对额济纳绿洲植被生长、植物种群演替、植被覆盖度以及绿洲的存亡与当地地下水埋深的关系作了剖析,并对规划年绿洲变化作了预测.指出了水资源是黑河下游额济纳经济社会可持续发展和生态环境建设的依托,如何稳定绿洲和使绿洲有适度规模发展,是生态保护的核心问题,具有重要的战略意义.     

黑河流域走廊平原地下水补给源组成及其变化

通过环境同位素、水文分割法和相关分析研究表明,祁连山区降水、冰川雪融水和基岩裂隙水通过出山口地表径流补给构成黑河流域走廊平原地下水主要补给源,具有年际和年内丰枯动态变化规律,与祁连山区降水量和气温的关联度分别为0.97和0.79,与平原张掖站降水量和气温的关联度分别为0.43和0.60。在自然径流条件下,祁连山区降水量变化是改变走廊平原地下水补给的主导因素,约占91%权重;气温变化是重要影响因素,约占9%权重。20世纪80年代以来祁连山区各补给源处于偏丰期。因此,近年来走廊平原地下水补给量相对50年代减少27.1%,人类活动是重要影响因素,急需加强科学调控。     

流域水资源实时调度研究--以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

1985-2013年黑河中游流域地下水位动态变化特征

在气候变化和人类活动的影响下, 黑河流域地表水和地下水的时空分布特征发生了很大变化. 研究水系统演化及其驱动机制对流域水资源可持续管理非常关键. 基于甘肃河西黑河中游流域地下水位动态、水文气象、土地利用和灌溉统计数据, 研究了1985-2013年黑河中游流域地下水位时空变化. 结果表明: 地表水的不合理分配和耕地的扩展导致了地下水的过量开采和地下水位的剧烈变化. 1985-2004年区域地下水位以下降为主; 2005-2013年呈现下降和回升两极发展趋势, 冲洪积扇群带地下水最大下降达17.41 m, 而黑河干流沿岸地下水位最大回升了3.3 m, 地下水埋深普遍增加了1.0~3.0 m. 尽管地下水位在2005-2013年表现出回升趋势, 但干流中游盆地地下水系统处于严重负均衡状态, 制定合理的“生态分水”方案和水资源综合管理规划非常紧迫.     

黑河流域中游土地利用变化的环境影响

以黑河流域中游地区为例 ,选取土壤质量、土壤有机碳损失以及河流N、P负荷特征与变化等环境要素 ,分析了干旱内陆地区草地耕种利用和耕地荒漠草原化等现阶段主要的两种土地利用变化形式下这些环境要素的响应特征 .结果表明 :1)耕种利用情况下 ,主要草地类型土壤养分含量显著下降 ,但在 10a左右山地草甸草地养分含量呈亚稳定态 ,而荒漠草地土壤养分有所增加 ;弃耕所导致耕地向荒漠化草原草地转化时 ,平均N、P流失率可达 2 76 .4kg·hm-2 ·a-1和 5 6 3.1kg·hm-2 ·a-1;2 )区域草地转化耕地的利用方式造成土壤有机质含量显著变化 ,并使得土壤有机碳排放达 16 7.73× 10 4 tC ,耕地弃耕转化为荒漠草原草地方式导致有机碳排放 5 5 .14× 10 4 tC ,说明干旱内陆地区土地利用变化对土壤C源汇性质产生明显影响 ;3)土地利用变化形成严重的面源污染问题 ,N负荷平均增加了 5 3.1%～ 73.5 %,TP增加了 34 .1%,初步研究认为黑河中游地带水体N、P富集并呈现不断递增的现象 ,与土壤N、P大量流失变化有关 ,成为内陆地区严重的环境问题之一 .     

珠江河口水环境时空变异对河口生态系统的影响

分析近20年来珠江河口水环境变异的特征,探讨珠江河口水环境与水生物相互联系和相互作用的关系。结果表明,珠江河口形态、地貌、水文情势和入河污染物等变异改变了珠江河口水生物的栖息条件,削弱了河口生态系统的自动调节修复能力和稳定性,对河口生态系统的物质循环、能量流动和发育演化平衡构成了重大影响。     

黑河上游青海云杉森林生态系统蒸散发分割

通过对黑河上游排露沟流域海拔2 700 m和2 900 m处青海云杉森林生态系统不同季节的土壤水、 植物水和大气水汽等不同水体稳定氧同位素组成（δ¹⁸O）的测定, 运用Craig-Gordon模型、 同位素稳态假设和Keeling Plot模型分别得出土壤蒸发、 植物蒸腾和蒸散发的δ¹⁸O, 结合多元线性混合模型将生态系统蒸散发分割为土壤蒸发和植物蒸腾。结果表明： 土壤蒸发水汽的δ¹⁸O_E、 植物蒸腾水汽的δ¹⁸O_T及蒸散发水汽的δ¹⁸O_ET分别介于-35.9‰ ~ -25.2‰、 -9.0‰ ~ -4.2‰和-18.5‰ ~ -10.2‰之间, 三者顺序为δ¹⁸O_T > δ¹⁸O_ET > δ¹⁸O_E, 满足同位素稳态假设。植物蒸腾对蒸散发的贡献率（f_T）在52.2% ~ 88.4%之间变化, 土壤蒸发对蒸散发的贡献率（f_E）在11.6% ~ 47.8%之间变化, f_T远大于f_E, 说明生态系统蒸散发大部分来自于植物蒸腾, 即植物蒸腾是青海云杉森林生态系统蒸散发的重要组成部分。f_T与气温呈负相关, 而与相对湿度呈正相关, 说明气温对f_T起抑制作用, 相对湿度对f_T起促进作用, 但是相关系数不高, 说明f_T在自然环境下还可能受除气温和相对湿度外的多种环境因素和生物因素综合影响, 具体影响机理有待进一步探究。本研究结果可为进一步研究黑河流域区域内循环和流域尺度水循环研究提供理论依据。     

运用综合指数方法对黑河市地质环境质量的初步评价

根据黑河市地质环境的特点及其主要的地质环境问题,文章建立了黑河市城市地质环境质量评价的指标体系,采用专家打分一层次分析法确定各评价因子的权重,利用综合指数评价模型对黑河市的城市地质环境质量进行评价,将黑河市的地质环境分为五个区,即工程建设的适宜区、较适宜区、基本适宜区、较不适宜区以及不适宜区,并阐述了各区在工程建设中应注意的问题,对以后的工程建设有一定的指导意义.